Способ печной пайки в вакууме под давлением

 

Использование: получение многослойных изделий и заготовок слоистых металлов, содержащих слои из различных сталей или с чередованием слоев из материала припоя Изобретение относится к печной пайке в вакууме и может быть использовано для получения многослойных изделий и заготовок слоистых металлов, содержащих слои из различных сталей или с чередованием слоев из материала припоя и стали. Целью изобретения является улучшение качества паяного соединения, получениеправильной геометрии преимущественно плоских многослойных и стали. Сущность изобретения: в контейнер с крышкой из тонколистовой стали, устанавливают пакет соединяемых деталей, чередующихся с размещенными между ними слоями припоя. Стеню; и дно контейнера выполнены из толстолистового металла, пакет установлен с зазором между его боковыми поверхностями и внутренней поверхностью стенок контейнера на тонкостенном противне и накрыт другим противнем , аналогичным нижнему и размещенным симметрично ему относительно оси устройства , крышка приварена по внутреннему периметру контейнера, а между ней и верхним противнем размещена плита, причем соединяемые детали в пакете размещены параллельно крышке. Величина зазора между боковыми поверхностями пакета и внутренней поверхностью стенок контейнера в 4-8 раз превышает суммарную толщину слоев припоя в пакете. Размещенная между крышкой контейнера и верхним противнем плита выполнена толщиной, составляющей 0,03-0,07 максимального линейного размера пакета соединяемых деталей. 2 ил., 1 табл. изделий и заготовок слоистых металлов и многоразовое использование контейнера. Это достигается тем, что в способе печной пайки в вакууме под давлением, включающем установку собранного под пайку пакета соединяемых деталей, чередующихся с размещенными между ними слоями припоя, в герметизированный контейнер с крышкой, выполненной из тонколистовой стали, откачку воздуха из контейнера, приел С 00 ю --А СА) О к

СОВХОЗ СОВЕ ТС КИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з В 23 К 1/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ы ;69АР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4887936/08 (22) 30.08.90 (46) 15.06,93. Бюл. № 22 (71) Производственное объединение "Аэовмаш" и Институт электросварки им, Е.О.Патона (72) Л.Г.Пузрин, M.Ã,Ðòðîøåíêî, В.Л.Яременко, А.Е.Антифеев, А.К.Пасько, А.Д.Чепурной, В.И.Гуржи, А.В,Литвиненко;

B.È.Íàràåâñêèé, В.И.Зайцев, С.А.Беловолов, О.В.Кораблинский, С,П.Лысяная и

Т.И.Лито вчен ко (56) Патент Великобритании № 1053456, кл, В 3 К 1966.

Патент Великобритании

¹ 2100163, кл. В 23 К 1/00, 1982.

Заявка Японии ¹ 60 — 87968, кл. В 23 К 1/00.1985.

Лашко С,В„Лашко Н.Ф. Пайка металлов, М,; Машгиз, 1988, с.228-230, (54) СПОСОБ ПЕЧНОЙ ПАЙКИ В ВАКУУМЕ

ПОД ДАВЛЕНИЕМ (57) Использование; получение многослойныхх изделий и заготовок слоистых металлов, содержащих слои из различных сталей или с чередованием слоев из материала припоя

Изобретение относится к печной пайке в вакууме и может быть использовано для получения многослойных изделий и заготовок слоистых металлов, содержащих слои из различных сталей или с чередованием слоев из материала припоя и стали.

Целью изобретения является улучшение качества паяного соединения, получение правильной геометрии преимущественно плоских многослойных

„„Я2,, 1821 302 А1 и стали. Сущность изобретения: в контейнер с крышкой иэ тонколистовой стали, устанавливают пакет соединяемых деталей, чередующихся с размещенными между ними слоями припоя. Стенки и дно контейнера. выполнены из толстолистового металла, пакет установлен с зазором между его боковыми поверхностями и внутренней поверхностью стенок контейнера на тонкостенном противне и накрыт другим противнем, аналогичным нижнему и размещенным симметрично ему относительно оси устрой-ства, крышка приварена по внутреннему периметру контейнера, а между ней и верхним противнем размещена плита, причем соединяемые детали в пакете размещены параллельно крышке. Величина зазора между боковыми поверхностями пакета и внутренней поверхнос?be стенок контейнера в 4-8 раз превышает суммарную толщину слоев припоя в пакете. Размещенная между крышкой контейнера и верхним противнем плита выполнена толщиной, составляющей

0,03-0,07 максимального линейного размера пакета соединяемых деталей. 2 ил., 1 табл.

Ю изделий и заготовок слоистых металлов и многораэовое использование контейнера.

Это достигается тем, что в способе печной пайки в вакууме под давлением, включающем установку собранного под пайку пакета соединяемых деталей, чередующихся с размещенными между ними слоями припоя, в герметиэированный контейнер с крышкой, выполненной из тонколистовой стали, откачку воздуха иэ контейнера, при1821302 жим паяемых деталей и нагрев, пакет устанавливают параллельно крышке на тонкостенном противне относительно боковых стенок контейнера с зазором, в 4-8 раз превышающим суммарную толщину слоев при- 5 поя в пакете, накрывают другим противнем, аналогичным нижнему, симметрично ему относйтельно горизонтальной. оси пакета, между крышкой контейнера и верхним противнем размещают плиту толщиной, равной 10

0,03-0,07 от максимального линейного размера пакета деталей, а герметизацию контейнера выполняют жесткйм закреплением крышки сварным швом по его внутреннему периметру, причем используют контейнер, 15 стенки и дно которого выполнены из толстолистовой стали. . Размещение соединяемых деталей в пакете параллельно крышке обеспечивает их прижим в направлении, перпендикулярном 20 линии их соединения, исключая нежелательное их сжатие с боков, которое может привести к ослаблению пая ного соединения и нарушению геометрии изделия. Установка пакета соединяемых деталей 25 с зазором между его боковыми стенками и внутренними стенками контейнера с зазором обеспечивает свободное вытекание излишков припоя при сдавливании деталей и свободное натяжение гибкой крышки при ее 30 деформации, регулируемое величиной зазора, превышающей суммарную толщину припоя в .4-8 раз. При его величине, . превышающей суммарную толщину припоя менее,чем в 4 раза, уменьшение высоты па- 35 кета вследствие вйтекания излишков припоя в процессе пайки превышает степень прогиба. крышки, и крЬ|шка контактирует . только с центральной частью плиты, не оказывая влияния на периферийные части сое- 40 диняемых деталей, вследствие чего в них наблюдают дефекты, приводящие к пониженной прочности заготовки. на срез {r p.) ..

Величина зазора, превышающая суммарную толщину припоя в заготовке более 45 чем в 8 раз не обеспечивает натяжения гибкой крышки,.она провисает е зазор и в ней появляются дефекты, приводящие к нарушению вакуумплотного соединения, в ре-. зультате чего может понизиться глубина 50 разрежения в устройстве или произойти его разгерметизация, следствием. чего являются локальные непропаи,. обусловленные ме- . стным окислением соединяемых поверхностей, и снижается значение ñð 55

Зависимость качества паяного соединения и геометрии многослойных изделий от соотношения величины зазора А между боковыми поверхностями пакета соединяемых деталей и суммарной толщиной слоев припоя в пакете, д установлена на опытных ббраэцах и результаты экспериментов приведены в прилагаемой таблице — n,2, 3

° ° ° оптимальн.), 4 — предлагаемые пределы А/ д, п.1 и 4 — запредельные значения А/,,д.

:Опытным путем установлена также оптимальная область толщин гибкой крышки

3-4 мм. Применение более тонкой крышки вызывает затруднения при приваривании ее к толстостенному корпусу контейнера, а повышение. толщины крышки снижает степень ее деформации под действием атмос-.. ферного давления. Конкретную толщину гибкой крышки определяют в каждом от- . дельном случае с учетом свариваемости, пластических и прочностных свойств:применяемого.для ее изготовления материала..

Установка пакета на тонкостенный противень и симметричное ему отйосительно горизонтальной оси,пакета размещение аналогичного ему верхнего противня позволяет предотвратить припаивание дна контейнера и плиты к пакету и испольэовать контейнер и плиту многократно. При этом в нижнем противне собираются стекающие вниз излишки припоя, а в углах верхнего собирается незначительное количество. припоя, распространяющегося вверх путем смачивания, что характерно для жидкотекущих расплавов, в частности для распространенных медьсодержащих припоев.

При изготовлении противней из одного из соединяемых материалов донная часть противней может войти в состав изделия, что дополнительно уменьшит обрезь.

Размещение между гибкой крышкой контейнера и верхним противнем. плиты толщиной, составляющей 0,03-0,07 максимального размера пакета соединяемых деталей {диагональ в случае прямоугольного сечения пакета и диаметр в случае круглого сечения) позволяет более равномерно рас- . пределить давление, передаваемое гибкой стенкой и усилитель эффект ее влияния на повышение качества паяного соединения и правильность геометрии полученного в результате пайки многослойного изделия.

При толщине плиты, составляющей менее 0,03 максимального размера пакета соединяемых. деталей; плита не. обладает достаточной жесткостью для равномерной передачи давления от гибкой крышки по всей площади сечения пакета и прогибается в центре, что приводит к нарушению геометрии изделия, непропаям на его периферийных участках и, как следствие, снижению на этих участках значения яр.

1821302

Увеличение толщины плиты свыше 0,07 размещают слои припоя 10 толщиной максимального:размера пакета не приводит д каждый, к дальнейшему улучшению качества паяно- Пакет 8 устанавливают с зазором А

ro соединения и, следовательно, нецелесо- между его боковыми поверхностями и внут-. . образно, поскольку ведет к неоправданному 5 ренней поверхностью стенок 2, превышаюувеличению массы приспособления, а значит щим суммарную толщину припоя, д в 4-8 времени нагрева и изотермической выдер- раз, жки в процессе пайки. Пакет 8 накрывают противнем 11, анаЗависимость качества паяного соедине- логичным противню 7 и размещенным симния и геометрии изделия от соотношения 10 метричноемуотносительногориэонтальной толщины плиты и размера диагонали сече- оси пакета 8, ния пакета также исследована на опытных Между противнем 11 и гибкой крышкой образцах и приведейа в упомянутой выше 4 размещают плиту 12 толщиной Л, составтаблице — п,7;3 (оптимальн.) и 8 — заявлен- ляющей 0;03-0,07 максимального линейноные пределы Л/1, п.б и 9 — запредельные 15 го размера пакета 8 и его сечения значения Л/1. (диагональ для прямоугольного сечения и

Совокупность признаков предлагаемо- диаметр для круглого), го технического решения позволяет улуч- Способ осуществляют следующим обрашить качество паяного соединения и эом.Пакет8спаяемымидеталямиразмещасохранить правильную геометрию изделия 20 ют на противне 7 вйутри контейнера 1 с преимущественно многослойных заготовок, зазором А относительно боковых стенок многоразово использовать контейнер за койтейнера, превышающим суммарнуютолсчет создания условий для равномерного и щину припоя в4-8 раз. Затем пакет 8 накрысвободного прижатия слоев и сбора-излиш- вают противнем 11, на который ков припоя в противнях. 25 устанавливают плиту 12 толщиной Л, равВылолнение стенок и дна контейнера ной 0,03-0,07 от максимального линейного из толстолистовой стали исключает их де- размера пакета 8 деталей, и герметизируют формацию из-за влияния атмосферного дав- контейнер жестким закреплением крышки 4 ления и тем самым способствует с одной изтонколистовой стали сварным швом 5 по стороны — сохранению правильной геомет- 30 внутреннемупериметруегостенок2, выпол:рии изделия, а с другой — направленному . ненных из толстолистовой стали. Для пол сдавливанию со сторойы тонкой гибкой учения монолитной заготовки (иэделия, крышки, деформирующейся в процессе пай- . детали), систему вакуумируют, помещают в . ки.под действием атмосферного давления, термическую печь и нагревают до темпераи.размещенной йод ней плиты в условиях .35 турыпайки выбранным припоем. Изотермивакуума, обеспеченного герметизацией обь- ческую . выдер3кку при температуре пайки ема устройства приваркой крышки по внут- выбирают из условий полного и равномерреннему периметру:контейнера, . ного нагрева всегоустройства.

В процессе вакуумирования толстые

Сущность изобретения поясйяется 40 стенки 2 контейнера 1 не деформируются фиг,1, 2, на которых изображена схема раз- .под действием атмосферного давления, что мещения пакета в контейнере и показан, предотвращаетсдавливаниеимиторцовпапринципегодействия.. кета 8 многослойной заготовки, а тонкая

Для,осуществления способа печной крышка 4; деформируясь под действием атпайки в вакууме под давлением используют 45 мосферного давленйя, передает его усилие стальной сварной контейнер 1, стенки 2 и на стальную плиту.12, причем на большую днище 3 которого вьгполнены иэ толстоли-. его часть, благодаря оптимальному соотностовой стали, а крышка 4, после сборки,: шению величины зазора А и суммарной талсоединенная вакуумплотно с корпусом по щины слоев припоя,,,д. его периметру сварным швом 5, выполнена 50 Вследствие оптимального соотношения иэ тонколистовой стали, способной дефор- толщины гоплиты 12 и максимального раэмироваться под действием атмосферного мера сечения пакета 8. плита 12 обладает давления; достаточной жидкостью по всей площади и

Вакуумирование системы производят с йередает давление от гибкой крышки 4. помощью патрубка 6.. .55 равномерно уже по всей площади, включая

На дно 3 контейнера 1 на противне 7 . периферийныеучастки, напакет8соединяустанавливают пакет Я, собранный из рас- емых деталей 9 многослойную заготовку, положенных параллельно гибкой крышке 4, при этом положительную роль играет вес соединяемых деталей 9, между которыми плиты.

1821302

25

7

Благодаря деформации тонкой крышки

4 под действием атмосферного давления и влиянию плиты 12 происходит равномерное . сдавливание слоев многослойной заготовки, достигается. полый контакт паяемых по- 5 верхностей во всех зонах с припоем, а припой при расплавлении выдавливается из зазоров между деталями 9, причем оставшeecsj.его минимальное количество обуславливает получение высокопрочного 10 паяного соединения, что характерно для пайки в вакууме под.давлением. Излишки припоя 13, распространяясь по торцовым поверхностям пакета 8 скапливаются в Ос новном в нижнем противне 7, предотвра- 15 щая припаивание пакета 8 к дну 3 контейнера 1, Незначительное количество излишков припоя 14, распространяясь путем смачивания, собирается и в верхнем противне.11, что предотвращает припаивание многослойной заготовки к плите 12; давая воэможность испольэовать последнюю многократно.

После необходимой изотермической выдержки при температуре пайки систему охлаждают, удаляют сварной шов 5, скрепляющий гибкую крышку 4.с толстыми стенками 2 контейнера 1; снимают гибкую крышку 4, извлекают плиту 12 и паяную многослойную заготовку с противнями 7 и 11, После удаления избытка припоя совместно с выступающими частями противней.7 и 11 (остальная часть противня может служить в качестве одного иэ слоев заготовки), получениая заготовка слоистого металла может 35 быть подвергнута или прокатке, или разрезке с целью получения конкретных изделий.

Пример. Для осуществления способа печной пайки.в вакууме под давлением использован стальной сварной контейнер 1 с 40 габаритными размерами 1140х1140х350 мм. Стенки 2 и дно 3 контейнера 1 выполнены иэ толстолистовой стали толщиной 40, а крышка 4 — толщиной 4 мм, В одной из стенок 2 выполняют отвер- 45 стие 48 мм, ккоторому снаружи герметичным швом приваривают трубу, соединяющую полость контейнера 1 с вакуумным насосом.

На дно 3 контейнера 1 устанавливают 50 размещенный на противне 7, изготовленном из стали 12Х18Н tOT толщиной 1 мм, пакет 8 из соединяемых деталей 9, располагая их параллельно крышке 4.

В качестве соединяемых деталей 9 вы- 55 браны листы иэ стали Ст10 толщиной 4 мм размером 1000x1 000 мм в количестве 4 шт. и листы из стали 12Х18Н10Т толщиной 1 мм размером 993х993 мм в том же количестве.

Размеры нержавеющих листов приняты с поправкой на преимущественное расширение нержавеющей стали, составляющее 0,7. мм на 100 мм длины до температуры аустенитного превращения в углеродистой стали с тем, чтобы при температуре пайки листы из Ст10 и стали 12Х18Н10Т приняли одинаковые размеры, .

Между соединяемыми деталями 9 размещают слои припоя 10, в качестве которого выбрана медная фольга толщиной 0,1 мм, набранные из ленты шириной 200 мм, расположенной встык на паяемых поверхно-. стях деталей 9 в каждом зазоре между ними, включая и зазоры между деталями 9.и противнями 7 и 11 — 44 слоя.

Пакет 8.размещают с зазором А между его боковой поверхностью и внутренней поверхностью стенок 2 контейнера 1, равным

30 мм, что в 7 раэ превышает суммарную толщину слоев припоя 10, равную 4;4 мм.

Симметрично нижнему противню 7 на верх пакета 8 устанавливают такой же про. тивень 11, а на него под крышкой 4 помещают плиту 12 из стали Ст3 размером

"1000х1000 мм и толщиной Ь,.равной 80 мм, составляющей 0,06 диагонали сечения пакета 8, равной 1410 мм.

Крышку 4 приваривают к торцу контейнера 1 по его внутреннему периметру вакуумплотным швом 5.

Все элементы пакета 8, противни 7 и 11. и плиту 12 размещают соосно, Затем систему вакуумируют и нагревают"в печи до температуры пайки меди, составляющей 1.150 С.

Описанным способом была получена опытная многослойная заготовка, иэ которой были изготовлены образцы для исследовайия качества ее соединения и определения параллельности и плоскостности слоев.

Соединение характеризуется сплошностью во всех зонах многослойной заготовки, как по ее ширине, так и по высоте, его слои параллельны, эона соединения (паяный шов) представляет собой прямую линию без отклонений, изгибов, изломов, Паяный таким образом многослойный металл прошел испытанйя на изгиб, в том числе и "на ре.бро" без расслоений, Прочность соедине. ния при испытании на срез т,р на образцах, изготовленных из тсмпдетов, вырезанных из различных частей паяной заготовки, составила 349 — 380 МПа, причем среднее значение. r p при испытании 24 образцов 364

МПа.

Высокое качество паяного соединения и.правильная геометрия подученного слоистого материала позаодя от применить à1821302.10!

;В< - (су рва аазо- ная тол4 Д (! ы-(1ш мви

;ду стен-;слсав 2 .сГ

t jatos sos- о! тейнврв I ZZ, и накв- ю ,том.Л, Максим альныйй I

j .1»зчвр пакета

, ! !

4 !

Качвственчые ха кте стики иб алия

1 чность t ..Xa кто стика ивяного слон

Про р рн ! на t и геометрии изделия (so дан-t

t ррез, ныи исследованиям твыолвтов

1 р. опытнык образцов) !

К(г... r

В 1

f !

Кепропаи в церифервйнык обзас- Крышка контях.слой нридоя в szx утащен, тактирует с шшвт усадочннв дейектм. центральной

Нарушена геометрии ааготовки- часть» (ьчитн во иентрельноыу сеченн» mnyaна шва ывньие,чем до крайним свчениам - .

Сжсшной,р внсмерцб! нршай Кр(ш(ка сбив

О!швнльнвя геометра изделия... гает больнув часть иоверт- нссти и длиT1g

То ле. Краина облегает всо иове ркность дзиу

То ие

1. 8,0 4,0

70 1410 . 0,05 120

2. 16,0

70 1410 0,05 295

4.0

3. 24.0 4.0 6 70 1410 0,05 .364 онтималь4. 32,0 4.0 8 70 1410 0,05 318

Нродонкевив таблицы (2

1 6 7 8 9

Краина аровисает в завар и s ней наби».да»тся лоиальннн трв. авиве,нрвводаиие к рвчгврютпаацни кон- . тввне1в

Нанта нрогибаетоя„

Локальные ненронан в результата местного окисления поверхности

40 10 70

1410 0,05 130

5. 40,0

На детш4!ерийнык участкак недродаи. р(иена геометр!а данелия. овновной равномерный нвиронай, Пуеввльная геометрия изделия

6. 24,0 ! 7. 24,0

4,0 6 28 1410 0,02 137

4,0 6 40 1410 0,03 290

1410 О,07 38О

1410 О,О7 380

То ие

8. 24,0 4 ° О 6 100

9. 24,0. 4,0 6 ПЗ нас 10ОТу 10885-65 с ср w 150 МПа кую заготовку при изготовлении. например под пайку пакета соединяемых деталей. чемелкополюсных адаптеров и переходников- редующихся с размещенными между ними элементов магнитной станочной оснастки, слоями припоя, в герметизированный конПрименив способ в соответствии с изо- . тейнер с крышкой из тонколистовой стали, бретением, можно получить самйе разнооб- 5 откачку воздуха из контейнера, прижим па- .. радные слоистые металлы и заготовки для яемыхдеталей и нагрев, о тл и ч а ю щи йпоследующей прокатки, которую заготовки с я тем, что, с-целью улучшения качества выдерживают беэ расслоения или ухудше- паяного соединения, получения правильной ния свойств соединения. геометрии преимущественно плоских мноТаким образом. изобретение позволяет 10 гослойных изделий и многоразового исповысить качество многослойных иэделий и - пользования конвейера, пакет заготовок по сравнению.с известными спо- устанавливают в контейнер иэ толстолистособами, а также и с базовым объектом, эа вой стали натонкостенном противнесзаэокоторый- принят прототип, и кроме того, ром -относительно боковых стенок практически исключить. обрезь боковых по- 16 контейнера, в 4-8 раэ превышающим сумверхностей (в базовом объекте она состав- марную толщину слоев припоя в пакете, наляет-15 ) заготовок за счет !4сключения крывают другим противнем, аналогичным облегания пакета стенками контейнера, а нижнему, симметрично ему относительно . также многократно использовать контейнер горизонтальной оси пакета, между крышкой и плиту. 20 контейнера и противнем размещают плиту толщиной, равной 0,03-0,07 от максимальФормула изобретения ного линейного размера пакета деталей, Способпечнойпайкиввакуумеподдав- крышку герметизируют сварным швом по лением, включающий установку собранного внутреннему периметру контейнера.

3ависимость качества иаявиого соединения н гео:. .етрин многослойных изделий от соотношения парамет!!ов разрешение пакета двталейвтолинны (ыптты

1821302 к ум. стеме ауде. системе

Составитель С.Беловолов

Редактор Т.Иванова Техред М.Моргентал Корректор A.Îáðó÷àÐ

Заказ 2083 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101